【转载】异步操作和Async函数

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异步编程对JavaScript语言太重要。JavaScript语言的执行环境是“单线程”的,如果没有异步编程,根本没法用,非卡死不可。

ES6诞生以前,异步编程的方法,大概有下面四种。

  • 回调函数
  • 事件监听
  • 发布/订阅
  • Promise 对象

ES6将JavaScript异步编程带入了一个全新的阶段,ES7的Async函数更是提出了异步编程的终极解决方案。

基本概念

异步

所谓"异步",简单说就是一个任务分成两段,先执行第一段,然后转而执行其他任务,等做好了准备,再回过头执行第二段。

比如,有一个任务是读取文件进行处理,任务的第一段是向操作系统发出请求,要求读取文件。然后,程序执行其他任务,等到操作系统返回文件,再接着执行任务的第二段(处理文件)。这种不连续的执行,就叫做异步。

相应地,连续的执行就叫做同步。由于是连续执行,不能插入其他任务,所以操作系统从硬盘读取文件的这段时间,程序只能干等着。

回调函数

JavaScript语言对异步编程的实现,就是回调函数。所谓回调函数,就是把任务的第二段单独写在一个函数里面,等到重新执行这个任务的时候,就直接调用这个函数。它的英语名字callback,直译过来就是"重新调用"。

读取文件进行处理,是这样写的。

fs.readFile('/etc/passwd', function (err, data) {
    if (err) throw err;
    console.log(data);
});

上面代码中,readFile函数的第二个参数,就是回调函数,也就是任务的第二段。等到操作系统返回了/etc/passwd这个文件以后,回调函数才会执行。

一个有趣的问题是,为什么Node.js约定,回调函数的第一个参数,必须是错误对象err(如果没有错误,该参数就是null)?原因是执行分成两段,在这两段之间抛出的错误,程序无法捕捉,只能当作参数,传入第二段。

Promise

回调函数本身并没有问题,它的问题出现在多个回调函数嵌套。假定读取A文件之后,再读取B文件,代码如下。

fs.readFile(fileA, function (err, data) {
    fs.readFile(fileB, function (err, data) {
        // ...
    });
});

不难想象,如果依次读取多个文件,就会出现多重嵌套。代码不是纵向发展,而是横向发展,很快就会乱成一团,无法管理。这种情况就称为"回调函数噩梦"(callback hell)。

Promise就是为了解决这个问题而提出的。它不是新的语法功能,而是一种新的写法,允许将回调函数的嵌套,改成链式调用。采用Promise,连续读取多个文件,写法如下。

var readFile = require('fs-readfile-promise');

readFile(fileA)
    .then(function(data){
        console.log(data.toString());
    })
    .then(function(){
        return readFile(fileB);
    })
    .then(function(data){
        console.log(data.toString());
    })
    .catch(function(err) {
        console.log(err);
    });

上面代码中,我使用了fs-readfile-promise模块,它的作用就是返回一个Promise版本的readFile函数。Promise提供then方法加载回调函数,catch方法捕捉执行过程中抛出的错误。

可以看到,Promise 的写法只是回调函数的改进,使用then方法以后,异步任务的两段执行看得更清楚了,除此以外,并无新意。

Promise 的最大问题是代码冗余,原来的任务被Promise 包装了一下,不管什么操作,一眼看去都是一堆 then,原来的语义变得很不清楚。 那么,有没有更好的写法呢?

Generator函数

协程

传统的编程语言,早有异步编程的解决方案(其实是多任务的解决方案)。其中有一种叫做"协程"(coroutine),意思是多个线程互相协作,完成异步任务。

协程有点像函数,又有点像线程。它的运行流程大致如下。

  • 第一步,协程A开始执行。
  • 第二步,协程A执行到一半,进入暂停,执行权转移到协程B
  • 第三步,(一段时间后)协程B交还执行权。
  • 第四步,协程A恢复执行。

上面流程的协程A,就是异步任务,因为它分成两段(或多段)执行。

举例来说,读取文件的协程写法如下。

function *asyncJob() {
    // ...其他代码
    var f = yield readFile(fileA);
    // ...其他代码
}

上面代码的函数asyncJob是一个协程,它的奥妙就在其中的yield命令。它表示执行到此处,执行权将交给其他协程。也就是说,yield命令是异步两个阶段的分界线。

协程遇到yield命令就暂停,等到执行权返回,再从暂停的地方继续往后执行。它的最大优点,就是代码的写法非常像同步操作,如果去除yield命令,简直一模一样。

Generator函数的概念

Generator函数是协程在ES6的实现,最大特点就是可以交出函数的执行权(即暂停执行)。

整个Generator函数就是一个封装的异步任务,或者说是异步任务的容器。异步操作需要暂停的地方,都用yield语句注明。Generator函数的执行方法如下。

function* gen(x){
    var y = yield x + 2;
    return y;
}

var g = gen(1);
g.next() // { value: 3, done: false }
g.next() // { value: undefined, done: true }

上面代码中,调用Generator函数,会返回一个内部指针(即遍历器)g 。这是Generator函数不同于普通函数的另一个地方,即执行它不会返回结果,返回的是指针对象。调用指针gnext方法,会移动内部指针(即执行异步任务的第一段),指向第一个遇到的yield语句,上例是执行到x + 2为止。

换言之,next方法的作用是分阶段执行Generator函数。每次调用next方法,会返回一个对象,表示当前阶段的信息(value属性和done属性)。value属性是yield语句后面表达式的值,表示当前阶段的值;done属性是一个布尔值,表示Generator函数是否执行完毕,即是否还有下一个阶段。

Generator函数的数据交换和错误处理

Generator函数可以暂停执行和恢复执行,这是它能封装异步任务的根本原因。除此之外,它还有两个特性,使它可以作为异步编程的完整解决方案:函数体内外的数据交换和错误处理机制。

next方法返回值的value属性,是Generator函数向外输出数据;next方法还可以接受参数,这是向Generator函数体内输入数据。

function* gen(x){
    var y = yield x + 2;
    return y;
}

var g = gen(1);
g.next() // { value: 3, done: false }
g.next(2) // { value: 2, done: true }

上面代码中,第一个next方法的value属性,返回表达式x + 2的值(3)。第二个next方法带有参数2,这个参数可以传入 Generator 函数,作为上个阶段异步任务的返回结果,被函数体内的变量y接收。因此,这一步的 value 属性,返回的就是2(变量y的值)。

Generator 函数内部还可以部署错误处理代码,捕获函数体外抛出的错误。

function* gen(x){
    try {
        var y = yield x + 2;
    } catch (e){
        console.log(e);
    }
    return y;
}

var g = gen(1);
g.next();
g.throw('出错了');
// 出错了

上面代码的最后一行,Generator函数体外,使用指针对象的throw方法抛出的错误,可以被函数体内的try ...catch代码块捕获。这意味着,出错的代码与处理错误的代码,实现了时间和空间上的分离,这对于异步编程无疑是很重要的。

异步任务的封装

下面看看如何使用 Generator 函数,执行一个真实的异步任务。

var fetch = require('node-fetch');

function* gen(){
    var url = 'https://api.github.com/users/github';
    var result = yield fetch(url);
    console.log(result.bio);
}

上面代码中,Generator函数封装了一个异步操作,该操作先读取一个远程接口,然后从JSON格式的数据解析信息。就像前面说过的,这段代码非常像同步操作,除了加上了yield命令。

执行这段代码的方法如下。

var g = gen();
var result = g.next();

result.value.then(function(data){
    return data.json();
}).then(function(data){
    g.next(data);
});

上面代码中,首先执行Generator函数,获取遍历器对象,然后使用next 方法(第二行),执行异步任务的第一阶段。由于Fetch模块返回的是一个Promise对象,因此要用then方法调用下一个next 方法。

可以看到,虽然 Generator 函数将异步操作表示得很简洁,但是流程管理却不方便(即何时执行第一阶段、何时执行第二阶段)。

Thunk函数

参数的求值策略

Thunk函数早在上个世纪60年代就诞生了。

那时,编程语言刚刚起步,计算机学家还在研究,编译器怎么写比较好。一个争论的焦点是"求值策略",即函数的参数到底应该何时求值。

var x = 1;

function f(m){
    return m * 2;
}

f(x + 5)

上面代码先定义函数f,然后向它传入表达式x + 5。请问,这个表达式应该何时求值?

一种意见是"传值调用"(call by value),即在进入函数体之前,就计算x + 5的值(等于6),再将这个值传入函数f 。C语言就采用这种策略。

f(x + 5)
// 传值调用时,等同于
f(6)

另一种意见是"传名调用"(call by name),即直接将表达式x + 5传入函数体,只在用到它的时候求值。Haskell语言采用这种策略。

f(x + 5)
// 传名调用时,等同于
(x + 5) * 2

传值调用和传名调用,哪一种比较好?回答是各有利弊。传值调用比较简单,但是对参数求值的时候,实际上还没用到这个参数,有可能造成性能损失。

function f(a, b){
    return b;
}

f(3 * x * x - 2 * x - 1, x);

上面代码中,函数f的第一个参数是一个复杂的表达式,但是函数体内根本没用到。对这个参数求值,实际上是不必要的。因此,有一些计算机学家倾向于"传名调用",即只在执行时求值。

Thunk函数的含义

编译器的"传名调用"实现,往往是将参数放到一个临时函数之中,再将这个临时函数传入函数体。这个临时函数就叫做Thunk函数。

function f(m){
    return m * 2;
}

f(x + 5);

// 等同于

var thunk = function () {
    return x + 5;
};

function f(thunk){
    return thunk() * 2;
}

上面代码中,函数f的参数x + 5被一个函数替换了。凡是用到原参数的地方,对Thunk函数求值即可。

这就是Thunk函数的定义,它是"传名调用"的一种实现策略,用来替换某个表达式。

JavaScript语言的Thunk函数

JavaScript语言是传值调用,它的Thunk函数含义有所不同。在JavaScript语言中,Thunk函数替换的不是表达式,而是多参数函数,将其替换成单参数的版本,且只接受回调函数作为参数。

// 正常版本的readFile(多参数版本)
fs.readFile(fileName, callback);

// Thunk版本的readFile(单参数版本)
var readFileThunk = Thunk(fileName);
readFileThunk(callback);

var Thunk = function (fileName){
    return function (callback){
        return fs.readFile(fileName, callback);
    };
};

上面代码中,fs模块的readFile方法是一个多参数函数,两个参数分别为文件名和回调函数。经过转换器处理,它变成了一个单参数函数,只接受回调函数作为参数。这个单参数版本,就叫做Thunk函数。

任何函数,只要参数有回调函数,就能写成Thunk函数的形式。下面是一个简单的Thunk函数转换器。

// ES5版本
var Thunk = function(fn){
    return function (){
        var args = Array.prototype.slice.call(arguments);
        return function (callback){
            args.push(callback);
            return fn.apply(this, args);
        }
    };
};

// ES6版本
var Thunk = function(fn) {
    return function (...args) {
        return function (callback) {
            return fn.call(this, ...args, callback);
        }
    };
};

使用上面的转换器,生成fs.readFile的Thunk函数。

var readFileThunk = Thunk(fs.readFile);
readFileThunk(fileA)(callback);

下面是另一个完整的例子。

function f(a, cb) {
    cb(a);
}
let ft = Thunk(f);

let log = console.log.bind(console);
ft(1)(log) // 1

Thunkify模块

生产环境的转换器,建议使用Thunkify模块。

首先是安装。

$ npm install thunkify

使用方式如下。

var thunkify = require('thunkify');
var fs = require('fs');

var read = thunkify(fs.readFile);
    read('package.json')(function(err, str){
    // ...
});

Thunkify的源码与上一节那个简单的转换器非常像。

function thunkify(fn){
    return function(){
        var args = new Array(arguments.length);
        var ctx = this;

        for(var i = 0; i < args.length; ++i) {
            args[i] = arguments[i];
        }

        return function(done){
            var called;

            args.push(function(){
                if (called) return;
                called = true;
                done.apply(null, arguments);
            });

            try {
                fn.apply(ctx, args);
            } catch (err) {
                done(err);
            }
        }
    }
};

它的源码主要多了一个检查机制,变量called确保回调函数只运行一次。这样的设计与下文的Generator函数相关。请看下面的例子。

function f(a, b, callback){
    var sum = a + b;
    callback(sum);
    callback(sum);
}

var ft = thunkify(f);
var print = console.log.bind(console);
ft(1, 2)(print);
// 3

上面代码中,由于thunkify只允许回调函数执行一次,所以只输出一行结果。

Generator 函数的流程管理

你可能会问, Thunk函数有什么用?回答是以前确实没什么用,但是ES6有了Generator函数,Thunk函数现在可以用于Generator函数的自动流程管理。

Generator函数可以自动执行。

function* gen() {
    // ...
}

var g = gen();
var res = g.next();

while(!res.done){
    console.log(res.value);
    res = g.next();
}

上面代码中,Generator函数gen会自动执行完所有步骤。

但是,这不适合异步操作。如果必须保证前一步执行完,才能执行后一步,上面的自动执行就不可行。这时,Thunk函数就能派上用处。以读取文件为例。下面的Generator函数封装了两个异步操作。

var fs = require('fs');
var thunkify = require('thunkify');
var readFile = thunkify(fs.readFile);

var gen = function* (){
    var r1 = yield readFile('/etc/fstab');
    console.log(r1.toString());
    var r2 = yield readFile('/etc/shells');
    console.log(r2.toString());
};

上面代码中,yield命令用于将程序的执行权移出Generator函数,那么就需要一种方法,将执行权再交还给Generator函数。

这种方法就是Thunk函数,因为它可以在回调函数里,将执行权交还给Generator函数。为了便于理解,我们先看如何手动执行上面这个Generator函数。

var g = gen();

var r1 = g.next();
r1.value(function(err, data){
    if (err) throw err;
    var r2 = g.next(data);
    r2.value(function(err, data){
        if (err) throw err;
        g.next(data);
    });
});

上面代码中,变量g是Generator函数的内部指针,表示目前执行到哪一步。next方法负责将指针移动到下一步,并返回该步的信息(value属性和done属性)。

仔细查看上面的代码,可以发现Generator函数的执行过程,其实是将同一个回调函数,反复传入next方法的value属性。这使得我们可以用递归来自动完成这个过程。

Thunk函数的自动流程管理

Thunk函数真正的威力,在于可以自动执行Generator函数。下面就是一个基于Thunk函数的Generator执行器。

function run(fn) {
    var gen = fn();

    function next(err, data) {
        var result = gen.next(data);
        if (result.done) return;
        result.value(next);
    }

    next();
}

function* g() {
    // ...
}

run(g);

上面代码的run函数,就是一个Generator函数的自动执行器。内部的next函数就是Thunk的回调函数。next函数先将指针移到Generator函数的下一步(gen.next方法),然后判断Generator函数是否结束(result.done属性),如果没结束,就将next函数再传入Thunk函数(result.value属性),否则就直接退出。

有了这个执行器,执行Generator函数方便多了。不管内部有多少个异步操作,直接把Generator函数传入run函数即可。当然,前提是每一个异步操作,都要是Thunk函数,也就是说,跟在yield命令后面的必须是Thunk函数。

var g = function* (){
    var f1 = yield readFile('fileA');
    var f2 = yield readFile('fileB');
    // ...
    var fn = yield readFile('fileN');
};

run(g);

上面代码中,函数g封装了n个异步的读取文件操作,只要执行run函数,这些操作就会自动完成。这样一来,异步操作不仅可以写得像同步操作,而且一行代码就可以执行。

Thunk函数并不是Generator函数自动执行的唯一方案。因为自动执行的关键是,必须有一种机制,自动控制Generator函数的流程,接收和交还程序的执行权。回调函数可以做到这一点,Promise 对象也可以做到这一点。

co模块

基本用法

co模块是著名程序员TJ Holowaychuk于2013年6月发布的一个小工具,用于Generator函数的自动执行。

比如,有一个Generator函数,用于依次读取两个文件。

var gen = function* (){
    var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
    var f2 = yield readFile('/etc/shells');
    console.log(f1.toString());
    console.log(f2.toString());
};

co模块可以让你不用编写Generator函数的执行器。

var co = require('co');
co(gen);

上面代码中,Generator函数只要传入co函数,就会自动执行。

co函数返回一个Promise对象,因此可以用then方法添加回调函数。

co(gen).then(function (){
    console.log('Generator 函数执行完成');
});

上面代码中,等到Generator函数执行结束,就会输出一行提示。

co模块的原理

为什么co可以自动执行Generator函数?

前面说过,Generator就是一个异步操作的容器。它的自动执行需要一种机制,当异步操作有了结果,能够自动交回执行权。

两种方法可以做到这一点。

  • 回调函数。将异步操作包装成Thunk函数,在回调函数里面交回执行权。
  • Promise 对象。将异步操作包装成Promise对象,用then方法交回执行权。

co模块其实就是将两种自动执行器(Thunk函数和Promise对象),包装成一个模块。使用co的前提条件是,Generator函数的yield命令后面,只能是Thunk函数或Promise对象。

上一节已经介绍了基于Thunk函数的自动执行器。下面来看,基于Promise对象的自动执行器。这是理解co模块必须的。

基于Promise对象的自动执行

还是沿用上面的例子。首先,把fs模块的readFile方法包装成一个Promise对象。

var fs = require('fs');

var readFile = function (fileName){
    return new Promise(function (resolve, reject){
        fs.readFile(fileName, function(error, data){
            if (error) return reject(error);
            resolve(data);
        });
    });
};

var gen = function* (){
    var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
    var f2 = yield readFile('/etc/shells');
    console.log(f1.toString());
    console.log(f2.toString());
};

然后,手动执行上面的Generator函数。

var g = gen();

g.next().value.then(function(data){
    g.next(data).value.then(function(data){
        g.next(data);
    });
});

手动执行其实就是用then方法,层层添加回调函数。理解了这一点,就可以写出一个自动执行器。

function run(gen){
    var g = gen();

    function next(data){
        var result = g.next(data);
        if (result.done) return result.value;
        result.value.then(function(data){
            next(data);
        });
    }

    next();
}

run(gen);

上面代码中,只要Generator函数还没执行到最后一步,next函数就调用自身,以此实现自动执行。

co模块的源码

co就是上面那个自动执行器的扩展,它的源码只有几十行,非常简单。

首先,co函数接受Generator函数作为参数,返回一个 Promise 对象。

function co(gen) {
    var ctx = this;

    return new Promise(function(resolve, reject) {
    });
}

在返回的Promise对象里面,co先检查参数gen是否为Generator函数。如果是,就执行该函数,得到一个内部指针对象;如果不是就返回,并将Promise对象的状态改为resolved

function co(gen) {
    var ctx = this;

    return new Promise(function(resolve, reject) {
        if (typeof gen === 'function') gen = gen.call(ctx);
        if (!gen || typeof gen.next !== 'function') return resolve(gen);
    });
}

接着,co将Generator函数的内部指针对象的next方法,包装成onFulfilled函数。这主要是为了能够捕捉抛出的错误。

function co(gen) {
    var ctx = this;

    return new Promise(function(resolve, reject) {
        if (typeof gen === 'function') gen = gen.call(ctx);
        if (!gen || typeof gen.next !== 'function') return resolve(gen);

        onFulfilled();
        function onFulfilled(res) {
            var ret;
            try {
                ret = gen.next(res);
            } catch (e) {
                return reject(e);
            }
            next(ret);
        }
    });
}

最后,就是关键的next函数,它会反复调用自身。

function next(ret) {
    if (ret.done) return resolve(ret.value);
    var value = toPromise.call(ctx, ret.value);
    if (value && isPromise(value)) return value.then(onFulfilled, onRejected);
    return onRejected(new TypeError('You may only yield a function, promise, generator, array, or object, '
    + 'but the following object was passed: "' + String(ret.value) + '"'));
}

上面代码中,next 函数的内部代码,一共只有四行命令。

  • 第一行,检查当前是否为 Generator 函数的最后一步,如果是就返回。
  • 第二行,确保每一步的返回值,是 Promise 对象。
  • 第三行,使用 then 方法,为返回值加上回调函数,然后通过 onFulfilled 函数再次调用 next 函数。
  • 第四行,在参数不符合要求的情况下(参数非 Thunk 函数和 Promise 对象),将 Promise 对象的状态改为 rejected,从而终止执行。

处理并发的异步操作

co支持并发的异步操作,即允许某些操作同时进行,等到它们全部完成,才进行下一步。

这时,要把并发的操作都放在数组或对象里面,跟在yield语句后面。

// 数组的写法
co(function* () {
    var res = yield [
        Promise.resolve(1),
        Promise.resolve(2)
    ];
    console.log(res);
}).catch(onerror);

// 对象的写法
co(function* () {
    var res = yield {
        1: Promise.resolve(1),
        2: Promise.resolve(2),
    };
    console.log(res);
}).catch(onerror);

下面是另一个例子。

co(function* () {
    var values = [n1, n2, n3];
    yield values.map(somethingAsync);
});

function* somethingAsync(x) {
    // do something async
    return y
}

上面的代码允许并发三个somethingAsync异步操作,等到它们全部完成,才会进行下一步。

async函数

含义

ES7提供了async函数,使得异步操作变得更加方便。async函数是什么?一句话,async函数就是Generator函数的语法糖。

前文有一个Generator函数,依次读取两个文件。

var fs = require('fs');

var readFile = function (fileName) {
    return new Promise(function (resolve, reject) {
        fs.readFile(fileName, function(error, data) {
            if (error) reject(error);
            resolve(data);
        });
    });
};

var gen = function* (){
    var f1 = yield readFile('/etc/fstab');
    var f2 = yield readFile('/etc/shells');
    console.log(f1.toString());
    console.log(f2.toString());
};

写成async函数,就是下面这样。

var asyncReadFile = async function (){
    var f1 = await readFile('/etc/fstab');
    var f2 = await readFile('/etc/shells');
    console.log(f1.toString());
    console.log(f2.toString());
};

一比较就会发现,async函数就是将Generator函数的星号(*)替换成async,将yield替换成await,仅此而已。

async函数对 Generator 函数的改进,体现在以下四点。

(1)内置执行器。Generator函数的执行必须靠执行器,所以才有了co模块,而async函数自带执行器。也就是说,async函数的执行,与普通函数一模一样,只要一行。

var result = asyncReadFile();

上面的代码调用了asyncReadFile函数,然后它就会自动执行,输出最后结果。这完全不像Generator函数,需要调用next方法,或者用co模块,才能得到真正执行,得到最后结果。

(2)更好的语义。asyncawait,比起*yield,语义更清楚了。async表示函数里有异步操作,await表示紧跟在后面的表达式需要等待结果。

(3)更广的适用性。 co模块约定,yield命令后面只能是Thunk函数或Promise对象,而async函数的await命令后面,可以是Promise对象和原始类型的值(数值、字符串和布尔值,但这时等同于同步操作)。

(4)返回值是Promise。async函数的返回值是Promise对象,这比Generator函数的返回值是Iterator对象方便多了。你可以用then方法指定下一步的操作。

进一步说,async函数完全可以看作多个异步操作,包装成的一个Promise对象,而await命令就是内部then命令的语法糖。

语法

async函数的语法规则总体上比较简单,难点是错误处理机制。

(1)async函数返回一个Promise对象。

async函数内部return语句返回的值,会成为then方法回调函数的参数。

async function f() {
    return 'hello world';
}

f().then(v => console.log(v))
// "hello world"

上面代码中,函数f内部return命令返回的值,会被then方法回调函数接收到。

async函数内部抛出错误,会导致返回的Promise对象变为reject状态。抛出的错误对象会被catch方法回调函数接收到。

async function f() {
    throw new Error('出错了');
}

f().then(
    v => console.log(v),
    e => console.log(e)
)
// Error: 出错了

(2)async函数返回的Promise对象,必须等到内部所有await命令的Promise对象执行完,才会发生状态改变。也就是说,只有async函数内部的异步操作执行完,才会执行then方法指定的回调函数。

下面是一个例子。

async function getTitle(url) {
    let response = await fetch(url);
    let html = await response.text();
    return html.match(/<title>([\s\S]+)<\/title>/i)[1];
}
getTitle('https://tc39.github.io/ecma262/').then(console.log)
// "ECMAScript 2017 Language Specification"

(3)正常情况下,await命令后面是一个Promise对象。如果不是,会被转成一个立即resolve的Promise对象。

async function f() {
    return await 123;
}

f().then(v => console.log(v))
// 123

上面代码中,await命令的参数是数值123,它被转成Promise对象,并立即resolve

await命令后面的Promise对象如果变为reject状态,则reject的参数会被catch方法的回调函数接收到。

async function f() {
    await Promise.reject('出错了');
}

f()
    .then(v => console.log(v))
    .catch(e => console.log(e))
    // 出错了

注意,上面代码中,await语句前面没有return,但是reject方法的参数依然传入了catch方法的回调函数。这里如果在await前面加上return,效果是一样的。

只要一个await语句后面的Promise变为reject,那么整个async函数都会中断执行。

async function f() {
    await Promise.reject('出错了');
    await Promise.resolve('hello world'); // 不会执行
}

上面代码中,第二个await语句是不会执行的,因为第一个await语句状态变成了reject

为了避免这个问题,可以将第一个await放在try...catch结构里面,这样第二个await就会执行。

async function f() {
    try {
        await Promise.reject('出错了');
    } catch(e) {

    }
    return await Promise.resolve('hello world');
}

f()
    .then(v => console.log(v))
    // hello world

另一种方法是await后面的Promise对象再跟一个catch方面,处理前面可能出现的错误。

async function f() {
    await Promise.reject('出错了')
        .catch(e => console.log(e));
    return await Promise.resolve('hello world');
}

f()
    .then(v => console.log(v))
    // 出错了
    // hello world

如果有多个await命令,可以统一放在try...catch结构中。

async function main() {
    try {
        var val1 = await firstStep();
        var val2 = await secondStep(val1);
        var val3 = await thirdStep(val1, val2);

        console.log('Final: ', val3);
    }
    catch (err) {
        console.error(err);
    }
}

(4)如果await后面的异步操作出错,那么等同于async函数返回的Promise对象被reject

async function f() {
    await new Promise(function (resolve, reject) {
        throw new Error('出错了');
    });
}

f()
    .then(v => console.log(v))
    .catch(e => console.log(e))
    // Error:出错了

上面代码中,async函数f执行后,await后面的Promise对象会抛出一个错误对象,导致catch方法的回调函数被调用,它的参数就是抛出的错误对象。具体的执行机制,可以参考后文的“async函数的实现”。

防止出错的方法,也是将其放在try...catch代码块之中。

async function f() {
    try {
        await new Promise(function (resolve, reject) {
            throw new Error('出错了');
        });
    } catch(e) {

    }
    return await('hello world');
}

async函数的实现

async 函数的实现,就是将 Generator 函数和自动执行器,包装在一个函数里。

async function fn(args){
    // ...
}

// 等同于

function fn(args){
    return spawn(function*() {
        // ...
    });
}

所有的async函数都可以写成上面的第二种形式,其中的 spawn 函数就是自动执行器。

下面给出spawn函数的实现,基本就是前文自动执行器的翻版。

function spawn(genF) {
    return new Promise(function(resolve, reject) {
        var gen = genF();
        function step(nextF) {
            try {
                var next = nextF();
            } catch(e) {
                return reject(e);
            }
            if(next.done) {
                return resolve(next.value);
            }
            Promise.resolve(next.value).then(function(v) {
                step(function() { return gen.next(v); });
            }, function(e) {
                step(function() { return gen.throw(e); });
            });
        }
        step(function() { return gen.next(undefined); });
    });
}

async函数是非常新的语法功能,新到都不属于 ES6,而是属于 ES7。目前,它仍处于提案阶段,但是转码器Babel和regenerator都已经支持,转码后就能使用。

async 函数的用法

async函数返回一个Promise对象,可以使用then方法添加回调函数。当函数执行的时候,一旦遇到await就会先返回,等到触发的异步操作完成,再接着执行函数体内后面的语句。

下面是一个例子。

async function getStockPriceByName(name) {
    var symbol = await getStockSymbol(name);
    var stockPrice = await getStockPrice(symbol);
    return stockPrice;
}

getStockPriceByName('goog').then(function (result) {
    console.log(result);
});

上面代码是一个获取股票报价的函数,函数前面的async关键字,表明该函数内部有异步操作。调用该函数时,会立即返回一个Promise对象。 下面的例子,指定多少毫秒后输出一个值。

function timeout(ms) {
    return new Promise((resolve) => {
        setTimeout(resolve, ms);
    });
}

async function asyncPrint(value, ms) {
    await timeout(ms);
    console.log(value)
}

asyncPrint('hello world', 50);

上面代码指定50毫秒以后,输出"hello world"

Async函数有多种使用形式。

// 函数声明
async function foo() {}

// 函数表达式
const foo = async function () {};

// 对象的方法
let obj = { async foo() {} };

// 箭头函数
const foo = async () => {};

注意点

第一点,await命令后面的Promise对象,运行结果可能是rejected,所以最好把await命令放在try...catch代码块中。

async function myFunction() {
    try {
        await somethingThatReturnsAPromise();
    } catch (err) {
        console.log(err);
    }
}

// 另一种写法

async function myFunction() {
    await somethingThatReturnsAPromise()
    .catch(function (err) {
        console.log(err);
    };
}

第二点,多个await命令后面的异步操作,如果不存在继发关系,最好让它们同时触发。

let foo = await getFoo();
let bar = await getBar();

上面代码中,getFoogetBar是两个独立的异步操作(即互不依赖),被写成继发关系。这样比较耗时,因为只有getFoo完成以后,才会执行getBar,完全可以让它们同时触发。

// 写法一
let [foo, bar] = await Promise.all([getFoo(), getBar()]);

// 写法二
let fooPromise = getFoo();
let barPromise = getBar();
let foo = await fooPromise;
let bar = await barPromise;

上面两种写法,getFoogetBar都是同时触发,这样就会缩短程序的执行时间。

第三点,await命令只能用在async函数之中,如果用在普通函数,就会报错。

async function dbFuc(db) {
    let docs = [{}, {}, {}];

    // 报错
    docs.forEach(function (doc) {
        await db.post(doc);
    });
}

上面代码会报错,因为await用在普通函数之中了。但是,如果将forEach方法的参数改成async函数,也有问题。

async function dbFuc(db) {
    let docs = [{}, {}, {}];

    // 可能得到错误结果
    docs.forEach(async function (doc) {
        await db.post(doc);
    });
}

上面代码可能不会正常工作,原因是这时三个db.post操作将是并发执行,也就是同时执行,而不是继发执行。正确的写法是采用for循环。

async function dbFuc(db) {
    let docs = [{}, {}, {}];

    for (let doc of docs) {
        await db.post(doc);
    }
}

如果确实希望多个请求并发执行,可以使用Promise.all方法。

async function dbFuc(db) {
    let docs = [{}, {}, {}];
    let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));

    let results = await Promise.all(promises);
    console.log(results);
}

// 或者使用下面的写法

async function dbFuc(db) {
    let docs = [{}, {}, {}];
    let promises = docs.map((doc) => db.post(doc));

    let results = [];
    for (let promise of promises) {
        results.push(await promise);
    }
    console.log(results);
}

ES6将await增加为保留字。使用这个词作为标识符,在ES5是合法的,在ES6将抛出SyntaxError

与Promise、Generator的比较

我们通过一个例子,来看Async函数与Promise、Generator函数的区别。

假定某个DOM元素上面,部署了一系列的动画,前一个动画结束,才能开始后一个。如果当中有一个动画出错,就不再往下执行,返回上一个成功执行的动画的返回值。

首先是Promise的写法。

function chainAnimationsPromise(elem, animations) {

    // 变量ret用来保存上一个动画的返回值
    var ret = null;

    // 新建一个空的Promise
    var p = Promise.resolve();

    // 使用then方法,添加所有动画
    for(var anim of animations) {
        p = p.then(function(val) {
            ret = val;
            return anim(elem);
        });
    }

    // 返回一个部署了错误捕捉机制的Promise
    return p.catch(function(e) {
        /* 忽略错误,继续执行 */
    }).then(function() {
        return ret;
    });

}

虽然Promise的写法比回调函数的写法大大改进,但是一眼看上去,代码完全都是Promise的API(thencatch等等),操作本身的语义反而不容易看出来。

接着是Generator函数的写法。

function chainAnimationsGenerator(elem, animations) {

    return spawn(function*() {
        var ret = null;
        try {
            for(var anim of animations) {
                ret = yield anim(elem);
            }
        } catch(e) {
            /* 忽略错误,继续执行 */
        }
        return ret;
    });

}

上面代码使用Generator函数遍历了每个动画,语义比Promise写法更清晰,用户定义的操作全部都出现在spawn函数的内部。这个写法的问题在于,必须有一个任务运行器,自动执行Generator函数,上面代码的spawn函数就是自动执行器,它返回一个Promise对象,而且必须保证yield语句后面的表达式,必须返回一个Promise。

最后是Async函数的写法。

async function chainAnimationsAsync(elem, animations) {
    var ret = null;
    try {
        for(var anim of animations) {
            ret = await anim(elem);
        }
    } catch(e) {
        /* 忽略错误,继续执行 */
    }
    return ret;
}

可以看到Async函数的实现最简洁,最符合语义,几乎没有语义不相关的代码。它将Generator写法中的自动执行器,改在语言层面提供,不暴露给用户,因此代码量最少。如果使用Generator写法,自动执行器需要用户自己提供。

本文转载《ECMAScript 6入门》电子书的《异步操作和Async函数》一文。

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